被动房：能量天赐事在人为

刘国伟

今年3月10日，第22届国际被动房大会在德国慕尼黑落幕。到了2019年9月，这一盛会将首）欠走出欧洲，在我国河北高碑店市召开，这一关系到未来节能型人居建筑走向的大会受到世界瞩目。那么，什么是“被动房”？被动房与绿色建筑是什么关系？各国的被动房又各有什么特色呢？

关于被动房的定义，著名的独立研究机构德国被动房研究所（PHI）认为，被动房就是可以独立地从建筑的功能结构中获得能量的房子，房子可以利用能量交换的方式对空气进行处理，获得舒适的室内温度和高质量的室内空气。2010年9月美国《纽约时报》给出的定义更加简洁：“在节能上实行严格的推荐性标准，能够减少室内生态足迹的建筑物。”可以说，被动房是一种兼顾能效和最佳舒适度的设计理念和综合方案。

封闭的人工环境太耗能源

回望人类居住环境的历史，可以说是一部人与各种不利的环境条件做斗争的历史。从20世纪以来，人类似乎逐渐在这种斗争过程中占据了优势，各种各样的取暖和制冷设备在很大程度上解决了室温问题。可是，人工环境不仅消耗了惊人的资源和能源，也让人们日益远离自然。部分环保学者和建筑师们从历史和现实经验中汲取营养，努力探索低能耗的生态建筑和绿色建筑。

地球上许多地区的古老民居，能够依靠自身的建筑结构营造出相对适宜的生活环境，耗能极少甚至不耗能，与周围白然环境和谐共生。在中国、伊朗和冰岛等地，兼具地域文化特色和实用性的民居设计至今随处可见，这些建筑为瑞典隆德大学的阿达姆森教授的研究项目提供了思路。多年前，他在研究中将这类建筑称为“被动房”，认为可以将这些早期的被动房技术手段引入欧洲。

有趣的是，1883年在挪威建造的一艘船——著名的极地探险科研船弗拉姆号，具备了被动房的主要功能。该船墙壁和甲板很厚，使用了多层材料，窗户由3层玻璃构成。在酷寒逼人的北极，弗拉姆号凭借优秀的保温构造保持了舱内舒适的温度。在1897年的《极地之旅》一书中，探险家弗里乔夫·南森称船体中使用了大量毛毡，“温度计指向零下22度时，炉子里也不用生火，只有一盏灯在亮着。我正在考虑把炉子拆走，它在那里碍事。”

室内人和动物的热量也用上

20世纪70年代的石油危机给欧美发达国家带来了巨大的现实压力，节能技术这时开始发力，给被动房的发展提供了契机。1973年，丹麦技术大学的考斯嘉德教授在校园里设计了一座零能耗房屋。该建筑后来被用作大学的宾馆。不过，该建筑的技术设备在出现缺陷后没有更新。

1974至1975年，H豪斯特和B斯坦恩穆勒在德国建造了超级隔热实验房，房间内配备了地热换热器、可控通风、太阳能和热泵技术。

德国被动房研究所（PHI）认为，上述早期被动房存在如下主要問题：对气密性的重要性缺乏认识；缺乏高性能窗户的解决方案，由于早期被动房的窗户通常很小，或者必须用临时绝缘材料覆盖，习惯了大窗户的人们对此难以接受；所用技术的能效缺乏可靠性，维护复杂。

如今的被动房，则需要满足如下几个关键标准，例如每年一平方米的单位使用面积采暖耗能不超过15度电；所有家用设备（采暖、热水和家电等）的总能源需求不超过每年一平方米120度电；在热舒适性上，一年中高于25℃的小时总数不得超过10010。

以冬季为例，从细节上看被动房将自身内部的国有热量应用到了极致：除了使用来自阳光的热量，照明灯具和家电设备（不包括专门的加热器）产生的废热以及建筑物内的人和动物产生的热量都可以被利用起来。

德国：1991年的试验建筑还在用

1991年，在德国达姆施塔特建成了具有里程碑意义的被动房试验建筑，这是一座4户联排住宅，每户156平方米，至今4个家庭居住在里面，对房屋的隔热构件、热回收、用户行为和室内空气质量的监测计划为相关研究提供了丰富的信息。由于采用了成熟的隔热窗框和通风技术，1991年以来整座建筑的平均能耗，大约每年一平方米少于12度电，比传统建筑节省了九成能耗，室内空气质量一直非常好，现场测量和用户调查证明舒适度很高。

前面提到的被动房研究所是由被动房理论奠基人沃尔夫冈·费斯特在1996年建立的，他白任所长。在能源效率、减排空气污染物以及在房屋中使用新型能源等方面，该研究所为公众提供指导。20世纪90年代末，该研究所参与欧盟的“欧标经济型被动房计划”，在奥地利、法国、德国、瑞士和瑞典共建造了220套被动房。

欧盟：新建筑都要求近零能耗

尤其值得一提的是奥地利的福拉尔贝格州，自2007年起，当地政府就强制要求一切在建房屋都必须是被动房。在瑞士，建造被动房的开发商和个人得到了政府、法律和信贷等部门的大力支持。2010年，欧洲各种类型的被动房已有约2.5万套，目前仍在稳步增长中，从分布上看绝大多数位于德语国家和斯堪的纳维亚半岛。

地处北欧的瑞典、丹麦等国由于采暖期更长，冬季更寒冷。这些国家都在德国被动房的基础上，提出了本国被动房指标体系，调整了采暖负荷和采暖需求，表现出一定的灵活性。

欧盟不但起步早，而且步子迈得也更大。2010年6月，欧盟出台了《建筑能效2010指令》，规定2018年12月31日起，所有公共建筑都得是近零能耗建筑；从2020年12月31日起，成员国所有新建建筑都是近零能耗建筑。

近零能耗建筑强调通过建筑自身的各种设计，大幅度降低建筑供热供冷的能耗需求，使能耗控制目标绝对值降低，这也可以理解为被动房。实际上，欧盟国家在建设被动房方面用了各种各样的名称。

美国：被动房建设节奏加快

20世纪80年代，著名替代能源专家艾默里·洛文斯则在美国科罗拉多州的老斯诺马斯为落基山研究所（RMI）建造了一座太阳能被动房。当地海拔2164米，即使在冬天，热带植物在室内照样开花，炉子很少使用。业界从这些项目中取得的经验大大推动了被动房研究。

尽管美国在早期被动房研究中取的了不俗的成果，但被动房建设相对欧洲要晚启动。2003年，北美洲的第一座被动房在伊利诺斯州厄巴纳建成，第一个获得认证的被动房于2006年在明尼苏达州伯米吉市建成。除了新建被动房，对旧房子进行改造也是建筑节能的重要内容，加州的索诺玛成为美国第一个获得认证的被动房改造项目所在地。

近年来，美国被动房建设节奏明显加快：2010年8月美国只有13座经过认证的被动房，2017年已有1200多座了，总面积超过了9.3万平方米。

日本：玻璃外墙加入太阳能电池

为了追求被动房节能的极致境界，一些企业下大力气进行尝试和挖潜。

曾经在日本建筑物综合环保性能评估获得最高等级的大企业户田建设，有三项比较有特色的技术受到各方关注。

其一是在建筑外墙的双层中空玻璃之间加入太阳能电池的技术，其太阳能电池是透射型薄膜类非晶硅太阳能电池板。一般情况下，城市地区由于地价高昂等原因，平摊设置太阳能电池板是一种奢望，楼顶空间又非常有限。户田建设提出的解决方案，就是采用透射型太阳能电池板，让外墙采集自然能源，还能保证建筑内采光。

其二是将自然光用于直接照明的“光導管”技术，将从屋顶采光部位进入的自然光通过镜面状导管引入室内，以尽量少的折射次数将光线送到各楼层，减少亮度衰减。

其三是利用浅层地热能。在位于建筑地基桩中设置冷温水管，以用于大厦内的温度调节。

中德携手推进被动房建设

2008年，我国开始引入以德国为代表的欧洲被动房的理念。2009年，我国与德国联合启动了“中德被动式低能耗建筑示范工程”，包括秦皇岛“在水一方”、哈尔滨“溪树庭院”以及“河北省建筑科技研发中心”等示范项目。这些项目2015年6月通过了中德双方的质量验收。

在采暖季，“在水一方”依靠太阳辐射、房屋内人体散热及做饭烧水等日常活动所产生的热量就可使室内温度维持在18℃以上；遇到极端严寒天气时，开启带有高效热回收冷暖空调一体机进行辅助加热，可使室内温度继续维持在18℃以上，完全满足人体舒适度要求。在节能、室内二氧化碳浓度、相对湿度、噪音等指标上，不仅能满足国内的节能设计标准，而且符合德国被动房标准。

德国被动房理论奠基人沃尔夫冈·费斯特教授对中国被动房发展的态势非常赞赏，他说：“中国在未来的几十年将兴建最大规模的新建筑群。每一个新建筑群都在供暖和制冷方面对能源提出额外要求。值得高兴的是，中国正在认真地为从根本上发展节能建筑而努力，这也提高了在全球实现应对气候变化目标的可能性。”